Сутегі және оның қосылыстары
Атом құрылысы сутегі периодтық жүйеде
Бірінші элемент-периодтық жүйесінің (1-ші кезең, реттік нөмірі 1). Жоқ толық ұқсас басқа химиялық элементтермен және тиесілі емес ешқандай қандай тобына, сондықтан кестелерде шартты түрде орналастырылады ІА топқа және/немесе VIIA-топқа.
Сутегі атомы ең аз мөлшері бойынша ең жеңіл атомдар арасында барлық элементтерін. Электрондық формуласы атом 1s1. Қарапайым өмір сүру нысаны элемент бос күйінде — двухатомная молекуласы.
Тотығу дәрежесі
Сутегі атомының қосылыстарындағы неғұрлым электроотрицательными элементтері танытады тотығу дәрежесі +1, мысалы, HF, H2O, т. б. Ал құрамаларында металдармен,-гидридах — тотығу дәрежесі, атомның сутегі тең -1, мысалы, NaH, CaH2 және т. б. Ие мәні электроотрицательности орта арасындағы секторының тән металдармен және неметаллами. Қабілетті каталитически қалпына келтіру органикалық еріткіштерде сияқты сірке қышқылы) немесе спирт, көптеген органикалық қосылыстар: қанықпаған қосылыстар дейін қаныққан, кейбір қосылыстар натрий дейін аммиак немесе аминдер.
Табиғатта таралуы
Табиғи сутегі екі тұрақты изотоптар — протия 1Н, дейтерий 2Н және трития 3Н. Басқаша дейтерий білдіреді D, ал тритий ретінде Т. болуы Мүмкін түрлі комбинациялары, мысалы, НТ, HD, TD, H2, D2, T2. Сутегі көп табиғатта түрінде әр түрлі қосылыстар күкірт (H2S), оттегі (судан), көміртегімен, азотпен және хлор. Сирек түрінде қосылыстар фосфор, йодпен, бромом және басқа да элементтері. Құрамына кіреді, барлық өсімдік және жануарлар организмдер, мұнай, қазба көмір, табиғи газ, бірқатар минералдар мен жыныстардың. Бос күйінде кездеседі, өте сирек, аз мөлшерде – вулканических газдардағы және ыдырау өнімдері, органикалық қалдықтары. Сутегі болып табылады ең кең таралған элементі-во Вселенной (шамамен 75%). Ол құрамына кіреді, Күн және көптеген жұлдыздар, сондай-ақ ғаламшарлар Сайлауына және Сатурна, олар негізінен тұрады сутегі. Жекелеген планета сутегі болуы мүмкін қатты түрінде.
Сутегі сияқты қарапайым зат
Молекуласы сутектің екі атомдар өзара байланысты ковалентті неполярной байланыспен.
Физикалық қасиеті — түссіз және иіссіз газ. Тезірек басқа газдар таралады кеңістікте өтіп, ұсақ тесіктерді, жоғары температурада салыстырмалы оңай енеді арқылы болат және басқа да материалдар. Жоғары жылу өткізгіштікке ие.
Сутегінің ашылу тарихы
Бөлу жанғыш газ өзара іс-қимыл процесінде металдар мен қышқылдар бақылады тағы XVI ғасырда, яғни қалыптасу кезеңінде химия ғылым ретінде. Атақты ағылшын ғалымы Генри Кавендиш зерттеген зат бастап 1766 жылы, құшақтап атауы «жанғыш ауа». Жағу кезінде бұл газ айналымды су. Өкінішке орай, бейімділігі ғылыми теория флогистона (гипотетической «сверхтонкой материяның») кедергі етті өзіне келіп дұрыс тұжырымдар.
Француз химик және табиғат зерттеушісі А. лавуазье өзара бөліп алады бірге инженері Ж. Менье және арнайы газометров 1783 ж. өткізді синтезі су, ал кейін және оны талдау арқылы ыдырау сулы бу раскаленным темірмен. Осылайша, ғалымдар алдық келіп дұрыс тұжырымдар. Олар анықтағандай, «жанғыш ауа» ғана емес, құрамына су, бірақ алынуы мүмкін оның.
1787 жылы лавуазье өзара бөліп алады ұсынған болжам-бұл зерттелетін газ болып табылады, жай зат және, тиісінше, қатарына жатады бастапқы химиялық элементтер. Ол атады, оның hydrogene (грек сөзінен hydor — су + gennao — рождаю), т. е. «рождающий су».
Орысша атауы «сутегі» 1824 жылы ұсынды химик М. Соловьев. Құрамын анықтау су ознаменовало соңында «теориясы флогистона». Тоғысында XVIII және XIX ғасырлар » деп, атом сутегі өте жеңіл (салыстырғанда атомдарынан басқа да элементтердің) және оның массасы қабылданды үшін негізгі бірлігіне салыстырмалы атомдық массаларын алып, мәні, тең 1.
Физикалық қасиеттері
Сутектің физикалық қасиеттері
Сутегі болып табылады легчайшим барлық белгілі ғылым заттар (ол 14,4 есе ауадан жеңіл), оның тығыздығы құрайды 0,0899 г/л (1 атм, 0 °С). Бұл материал ериді (затвердевает) және ынтымақ (сжижается), тиісінше, -259,1 °С және -252,8 °С (тек гелий ие болады одан да төмен t° қайнау және балқу).
Сыни температура сутегі өте төмен (-240 °С). Осы себеппен оның сұйықтау — өте күрделі және шығынды процесс. Сыни қысым заттар — 12,8 кгс/см2, ал сыни тығыздығы құрайды 0,0312 г/см3. Барлық газдар сутегі бар ең жоғары жылу өткізгіштігі: 1 атм және 0 °С ол тең 0,174 вт/(мхК).
Меншікті жылу сыйымдылықтары сол жағдайларда 14,208 кДж/(кгхК) немесе 3,394 кал/(гх°С). Бұл элемент нашар суда еритін (шамамен 0,0182 мл/г, 1 атм және 20 °С), бірақ жақсы — көптеген металдардың (Ni, Pt, Pa және басқа да), әсіресе, палладии (шамамен 850 көлемінің бір көлемі Pd).
Соңғы қасиеті байланысты оның қабілеті диффундирования, бұл ретте диффузия арқылы углеродистый қорытпасы (мысалы, болат) жүруі мүмкін бүлінуіне балқыманың-өзара іс-қимыл сутегі көміртегімен (бұл процесс деп аталады декарбонизация). Сұйық күйде зат өте жеңіл (тығыздығы — 0,0708 г/см3 t° = -253 °С) және текучее (тұтқырлық — 13,8 спуаз сол жағдайларда).
Сутегінің химиялық қасиеттері
Көптеген қосылыстарда бұл элемент танытады валентность +1 (тотығу дәрежесі), сияқты натрий және басқа да сілтілі металдар. Әдетте, ол ретінде қарастырылады аналогы осы металдар. Тиісінше, ол басқарады І тобына жүйесі Менделеев. «Гидридах металдардың ион сутегі танытады теріс заряды (тотығу дәрежесі бұл ретте, -1), яғни Na+H — құрылымы бар, осындай хлориду Na+Cl-. Осыған сәйкес, және кейбір басқа фактілермен (жақындығы физикалық қасиеттерін элемент «H» және галогенов, қабілеті оның орнын галогенами органикалық қосылыстарда) Hydrogene жатқызады VII топ жүйесі Менделеев.
Әдеттегі жағдайда молекулярлық сутегі төмен белсенділігі, тікелей соединяясь тек ең белсенді бірі-металл еместердің органикалық емес (фтор және хлор, соңғы — жарықта). Өз кезегінде, қыздырғанда ол өзара іс-қимыл жасайды көптеген химиялық элементтері бар.
Атомдық сутегі бар жоғары химиялық белсенділік (егер салыстырар болсақ молекулярным). Оттегі құрады, ол су формула бойынша:
Н₂ + ½О₂ = Н₂О,
көрсете отырып, 285,937 кДж/моль жылу немесе 68,3174 ккал/моль (25 °С, 1 атм). Қалыпты температуралық жағдайларда реакция ағады, өте баяу, ал t° >= 550 °С — неконтролируемо. Шегі жарылыс қауіптілігі қоспаның сутек + оттегі көлемі бойынша құрайды 4-94 % Н₂, ал қоспаның сутек + ауа — 4-74 % Н₂ (қоспа екі көлемін Н₂ және бір көлемін О₂ деп атайды гремучим газбен).
Элементін пайдаланады қалпына келтіру үшін көптеген металдар, өйткені ол алып оттегі у оксидтерінің:
Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,
CuO + H₂ = Cu + H₂O және т. б.
Әртүрлі галогенами сутек түзеді галогеноводороды, мысалы:
Н₂ + Cl₂ = 2НСl.
Алайда, реакция фтор сутегі взрывается (бұл және қараңғыда кезде -252 °С), бромом және хлормен әрекет етеді, тек қыздырғанда немесе жарықпен, ал йодпен — тек қыздырғанда. Өзара іс-қимыл кезінде азот аммиак түзіледі, бірақ тек катализаторе, кезінде жоғары қысым мен температура:
ЗН₂ + N₂ = 2NН₃.
Қыздырғанда сутек белсенді әрекет етеді күкіртпен:
Н₂ + S = H₂S (күкіртті сутек),
айтарлықтай қиын — теллуром немесе селен. Таза көміртегімен сутегі жауап жоқ катализатор, бірақ жоғары температурада:
2Н₂ + С (аморфты) = СН₄ (метан).
Осы затқа тікелей жауап береді кейбір металдар (сілтілік, щелочноземельными және басқа да) құра отырып, гидриды, мысалы:
Н₂ + 2Li = 2LiH.
Маңызды тәжірибелік мәні бар, өзара іс-қимыл сутегі және көміртегі оксидінің (II). Бұл ретте қарай қысым, температура және катализатор құрылады әр түрлі органикалық қосылыстар: НСНО, СН₃ОН және т Қанықпаған көмірсутектер процесінде реакциялар ауысады мазмұнды, мысалы:
СпН₂п + Н₂ = СпН₂п₊₂.
Сутегі және оның қосылыстары ойнайды химия айрықша рөлі. Ол негіздейді қышқылды қасиеттері, т. ғ. к. протонных қышқылдар, бейімді құруға әр түрлі элементтері водородную байланыс көрсететін айтарлықтай әсер қасиеттері көптеген органикалық және бейорганикалық қосылыстар.
Тотықтырғыш қасиеті:
өзара іс-қимыл жасайды белсенді (сілтілі және щелочноземельными) металдармен, соның нәтижесінде құрылады гидриды — солеподобные білім беру;
кезде реакция сутегі (әсерінен күшті жарықтандыру немесе қыздыру кезінде) малоактивными металдармен, сондай-ақ құрылады гидриды.
Химиялық қасиеттері:
әдеттегі жағдайында сутегі енеді реакция тек қана белсенді металдармен және фтор, күшті окислителем нәтижесінде құрылады плавик қышқылы HF немесе фтороводород;
сақтау кезінде қатаң шарттар өзара іс-қимыл жасайды көпшілік бейметалдар;
білу қабілеті қалпына келтіру металдар дейін қарапайым заттар мен олардың оксидтерінің (бұл өнеркәсіптік алу әдісі металдар деп атайды водородотермией).
Органикалық синтезах пайдаланылады реакция сутегімен қанықтыру (гидрлеу) және реакция отщепления сутегі жылғы молекулалар (сусыздандыру). Бұл әдістер мүмкіндік береді көмірсутектер және басқа органикалық қосылыстар.
Сутегін алуға
Негізгі шикізат түрлері бойынша өнеркәсіптік өндірістің бұл элемент болып табылады газдар мұнай, табиғи жанғыш және кокстық газдар. Оның сондай-ақ, арнаулы су арқылы электролиз (орындарда қолжетімді электр энергиясымен). Бірі өндіріс әдістерінің материалдың табиғи газ болып саналады каталитическое өзара іс-қимыл көмірсутектерді, негізінен метан, су буымен (т. ғ. к., конверсия). Мысалы:
СН₄ + Н₂О = СО + ЗН₂.
Толық емес тотығу көмірсутектерді оттегімен:
СН₄ + ½О₂ = СО + 2Н₂.
Синтезделген көміртегі оксиді (II) ұшырайды конверсия:
СО + Н₂О = СО₂ + Н₂.
Сутегі, өндірілетін табиғи газды ең арзан.
Электролиз үшін су қолданылады, тұрақты ток, ол арқылы өткізіледі ерітінді NaOH немесе КОН (қышқылын пайдаланбайды болдырмау үшін тот аппаратура). Зертханалық жағдайда материал алады электролизімен су немесе реакцияның нәтижесінде арасындағы тұз қышқылымен және мырышпен. Алайда жиі қолданады дайын зауыттық материал баллондарда.
Газдардан және мұнай кокс газын элементін бөліп алып тастау арқылы қалған барлық компоненттерін газ қоспасын, өйткені олар оңай сжижаются кезінде терең салқындату.
Биологиялық рөлі сутегі
Шамамен 10 % массасы тірі организмдер (орташа) тиесілі бұл элемент. Ол құрамына су және маңызды топтарының табиғи қосылыстар, соның ішінде белоктар, нуклеин қышқылдары, липидтер, көмірсулар. Ол не үшін қызмет етеді?
Бұл материал шешуші рөл атқарады: қолдау кезінде кеңістіктік құрылым белоктар (четвертичной) жүзеге асыру принципін комплиментарности нуклеин қышқылдарының (яғни, іске асыру және сақтау генетикалық ақпарат), жалпы «узнавании» молекулалық деңгейде.
Ион сутегі Н+ қатысады маңызды динамикалық реакциялар/процестер ағзадағы. Оның ішінде: биологиялық тотықтыру қамтамасыз ететін тірі жасуша, биосинтез реакциялары, фотосинтезе у өсімдіктердің бактериалды фотосинтезе және азотфиксации, сақтауға және қышқылдық-сілітілік баланс және гомеостаза, мембраналық процестері. Сонымен қатар, көміртегімен және оттегімен ол құрады, функционалдық және құрылымдық негіздері құбылыстар өмір.
Сутегі периодтық жүйесі Менделеев
Басты ерекшеліктері сутегі, көрсетілген периодтық жүйеде:
реттік нөмірі элемент – 1 (протондар мен электрондардың сонша);
атомдық масса құрайды 1,00795;
сутегі бар үш изотопы бар, олардың әрқайсысы ерекше қасиеттері бар;
арқасында мазмұны тек бір электрона, сутегі қабілетті таныту қалпына келтіру және тотықтырғыш қасиеттері, ал кейін қайтарым электрона сутегі бар бос орбиталь, қабылдаушы құрастыруға қатысу химиялық байланыстар бойынша донорлы-акцепторному тетігі;
сутегі – жеңіл элемент шамалы тығыздығы;
сутегі болып табылады күшті восстановителем, ол ашады топқа сілтілік металдар бірінші топтың негізгі топшасында;
кезде сутегі реакцияға түскенде металдармен және басқа күшті восстановителями, ол оларды қабылдайды электрон айналады окислителем. Мұндай қоспалар деп аталады гидридами. Көрсетілген белгісі сутегі шартты түрде тобына жатады галогенов (кестеде ол келтіріледі үстінен фтор жақшада), онымен ұқсастығы бар.
Сутегі сияқты қарапайым зат
Сутегі — газ, молекуласы тұрады екі атомдар. Бұл зат ашылды 1766 жылы британдық ғалым Генри Кавендишем. Ол дәлелдеді, бұл сутегі газ болып табылады, ол взрывается өзара іс-қимыл кезінде оттегі. Зерделегеннен кейін сутегі химиктер анықтағандай, бұл зат болып табылады ең жеңіл барлық адамға белгілі.
Басқа ғалым, лавуазье өзара бөліп алады, стерлингтен элемент аты «гидрогениум» деп латын тілінен аударғанда «рождающий су». 1781 жылы Генри Кавендиш екенін дәлелдеді су үйлесімі болып табылады оттегі және сутегі. Басқа сөздермен айтқанда, су — бұл өнім реакция сутегі, оттегі. Жанғыш қасиеттері сутегі белгілі болған тағы ежелгі ғалымдар: тиісті жазба қалдырды Парацельс, ол XVI ғасырда.
Қалай алуға болады сутегі
Өнеркәсіптік алу тәсілдері сутегі:
көмірді газдандыру;
булы конверсиясы-метан;
электролиз.